云海一号02星太空解体之谜：碰撞、恢复、背后的故事

事情缘起于推特上一著名的无线电爱好者Scott Tilly在2022年1月4日的推文： Despite the break-up YUNHAI 1-02 continues to emit encrypted data on L-band. It's optical behaviour changed from a 3 second period to a steady characteristic. 尽管已经解体，但云海1-02星仍继续在L波段发射加密数据，它的光学信号已经从3秒周期变为稳定。 可能很多朋友不知道这是什么意思，简单的捋一捋，大概意思就说云海1号02星已经在L波段能提供稳定的加密数据信号，这表示它的发射与接收天线以及星载处理无线电设备工作是正常的。 另一个光学信号从3秒周期变为稳定，这个意思则是原本处在翻滚状态，从天文台获取的光变信号是不稳定，但现在已经趋于稳定，也就是说不翻滚了，姿态可控。 简单的一句话总结：云海1号02星已经恢复正常，围观群众可能不太清楚这颗卫星经历了什么，但了解中国航天的朋友一定知道这中间有一个极其曲折的故事，下文就试图把来龙去脉捋一捋。 云海一号：太空爆炸？碎裂成22块 云海一号是我国用于大气海洋环境要素探测、空间环境探测、防灾减灾和科学试验等领域的卫星，轨道为太阳同步轨道，高度为780千米，01星于2016年11月12日发射，02星于2019年9月25日发射，均成功入轨，工作正常。 意外发生于2021年3月18日，在轨工作的中国云海一号02突然发生解体，据美国太空部队第 18 太空控制中队（SPCS）的数据，02星已经碎裂成了22块散列在轨道上，目前该中队正在追踪卫星的碎片数据，避免对其他航天器产生影响。 但对02星为何会发生解体碎裂却一直是个谜，公开的新闻中没有任何信息，但非常巧合的是，美空军第18太空控制中队曾于3月10日披露过一个并没有引起太多人注意的事情，美国国家海洋和大气管理局的一颗报废卫星NOAA-17在太空因为发生爆炸而解体，产生了16个碎片，目前也在追踪与评估碎片的危险性。 NOAA-17美国海洋与大气管理局的一颗卫星，编号为2002-032A，轨道为太阳同步轨道，近地点807千米，远地点823千米，重量约1.4吨。美官方并没有给出它发生爆炸的原因，但据专业人士分析，很可能是这颗报废卫星上的电池发生了爆炸从而导致卫星解体。 因为NOAA的系列卫星还是有前科的，2015年11月25日，美国国防部联合太空作战中心（JSpOC）宣布了NOAA-16解体，在2016年3月26日确认16星的碎片达到了275块。 因此有人怀疑这是美国人NOAA-17星解体后的碎片撞击了同是太阳同步轨道的中国云海一号02星，因为02星是一颗仍在服役期内的卫星，而中国人的卫星性能虽然不是全球最好，但稳定性绝对是数一数二，因此这个怀疑不无道理。 图表显示太阳同步轨道 (绿色) 在一年中四个位置点的方向。非太阳同步轨道 (洋红色) 不过太阳同步轨道比较特殊，除了会在两极相遇外，其他位置是不会的，只要检测云海一号02星的解体时间就能分析出到底是不是NOAA系列卫星的撞击，因此专业人士怀疑这个可能性也不大。 而坊间此时的猜测已经转向了激光武器攻击或者反卫星等，但云海一号02星纯粹就是颗海洋与空间环境观测卫星，与世无争，没有理由要攻击它，因此02星的解体一直是个谜。 云海一号02星恢复工作，到底是怎么做到的？ 2022年1月11日，SPACENEWS上刊发了一篇文章称NASA已经确认2021年3月18日，云海一号02星解体的原因，是俄罗斯在1996年发射的Cosmos 2333的卫星有关。 Cosmos 2333是一颗军用天基无线电监听卫星，它采样的数据用来确定无线电发射物体的确切位置以及它们的类型、操作模式以及它们的活跃程度等，天基监视可以对这些动向做评估作为突发事件的早期预警，这颗卫星的近地点高度为837千米，远地点高度为865千米，倾角为70.8199°。 没有证据表明Cosmos 2333已经碎裂，不过在发射的同时还有其它部分同时入轨了，1996-051A是卫星主体，编号B为天顶火箭，C、D、E、F是被分离时弹到更高轨道的小型分离发动机罩碎片，还有G到Q编号也是。 据NASA称，可能是Cosmos 2333的其中一块碎片撞击到了云海一号02星，之所以云海一号02星能恢复工作，极有可能是撞击到了02星的太阳翼，碎片高速撞击使得一侧的太阳翼毁损，并同时导致卫星姿态失控，整星遭遇极端震动，暂时失去了控制。 但其天线与姿态控制动量轮以及轨道维持发动机应该没有损坏，因此在断断续续的的L波段加密信号控制中，地面控制人员终于将其恢复正常，个中所经历的艰辛是常人所难以想象的。一般这种失控的卫星会经过如下抢救过程： 确定信号窗口周期（滚转的卫星天线可能会在某个阶段对准地面），然后确定卫星的滚转速度与方向，确定调整方案，在窗口周期内向其注入轨控信号，或者分阶段恢复姿态，其可能会有动量轮控制以及轨道维持发动机点火等多种手段。 一般这种机会只有一次，因为轨控失败，如果天线在翻滚过程中再也不会指向地面测控站，那么这颗卫星算是丢了。因此抢救失控卫星的技术要求极高，这是对一个测控团队最好的技术考核！我国测控人员抢救失控卫星也不止一颗两颗了，这次绝壁是体现了测控的真正技术水准。 2021年10月8日，MMT天文台发布的光变数据表明，其已经趋于稳定，也就是说经过我国工作人员数月的抢救，云海一号02星基本恢复正常。 假如从推测的角度来看其一侧的太阳翼损坏，那么未来的姿态控制上应该会增加不少难度，因为这会有几个问题，首先就是'太阳风'与辐射压的不平衡，其次则是重心已经重新分布，当然这些参数注入星载姿态控制系统后，将会做出补偿调整。 另外缺少了一侧太阳能电池后，其星载设备功率也需要重新分配，毕竟功率至少已经减少了一半，当然即使是部分设备能工作也比失去这颗卫星要好得多，厉害了我们的卫星测控工程师！内容：In March 2021, China's Yunhai-1 02 satellite suddenly disintegrated in orbit, leaving behind 22 debris fragments. The cause of the disintegration was initially unknown, and speculation ranged from laser weapon attacks to anti-satellite operations. However, NASA confirmed in January 2022 that the disintegration was likely caused by a fragment from Russia's Cosmos 2333 satellite, which was launched in 1996 and is used for military radio monitoring. The fragment may have collided with Yunhai-1 02's solar panel, causing damage and loss of control. Despite the damage, Chinese ground control technicians were able to recover the satellite over several months, and it is now back to normal operation. The recovery process involved determining the satellite's signal windows and rolling speed and direction, and injecting orbital control signals during the window periods. The recovery is a testament to China's satellite control technology and expertise